专利名称：一种河流健康智能诊断的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种河流管理方法和设备，尤其涉及一种实现河流健康智能诊断的方 法和设备。属于水利部门业务中河流管理领域。
背景技术：
随着社会经济的发展，很多河流的生态状况发生了严重的退化，出现了严重的健 康问题[杨文慧，严忠民，吴建华.河流健康评价的研究进展，河海大学学报自然科学版， 2005,11,33(6) 607-611.；杨文慧，杨宇.河流健康概念及诊断指标体系的构建[J].水资 源保护，2006，11，22 (6) :28_30 ；杨文慧.河流健康的理论构架与诊断体系的研究[D].南 京河海大学，2007.；胡玲，韩玉玲，夏继红.浙江省河流健康诊断思路及关键内容[J].河 海大学学报自然科学版，2008，36(3) :322-325.]，已不能满足社会经济发展的需要。因 此，必须采取科学的治理措施，以维护和改善河流健康状况，而采取的治理措施是否合适是 建立在充分了解河道的现状、明确产生问题的原因的基础上的。因此，河道治理的前提是对 河流实施健康诊断。河流健康诊断是从河流系统自身的特点出发，分析内在机理和服务价 值，科学诊断河流健康状况(病症诊断)，查明引起河流健康的主要原因(病因诊断)，从而 进一步提出恢复和维护河流健康的主要措施(康复措施)。科学的河流健康诊断必须考虑 众多的因素，在空间上和时间上都会涉及很多因素。在纵向上，要考虑工程尺度因素；在横 向上，要考虑水面、水流条件及陆上田地等因素；在垂向上，要考虑土质、地形及地下水等因 素；此外，还有水文、气象、地质等诸多因素[夏继红，严忠民.生态河岸带综合评价与GIS 耦合研究[J]·河海大学学报自然科学版，2006，7，34 (4) =366-369.]；在时间上，有长系列 的水文、气象和生物演替等方面的因素。对于这些众多的影响因素及所涉及的海量数据，特 别是空间尺度和时间尺度跨度较大的河流，传统的人工方法是不可能统筹兼顾、全面考虑 的，必须需借助计算机技术、数据库技术及GIS等现代先进技术才能对河流系统的健康状 况做出合理、科学、有效的诊断。根据河流的水文、动力和物理化学特征数据，采取科学的手 段，快速准确地诊断河流的健康现状已成为河流管理工作中的一门新兴技术。在现有技术 中对河流健康的诊断还没有一种合适的方法和设备。目前对河流健康现状的判断是采用分 离主观式的处理方式。这种方式首先通过现场调查，然后将调查数据录入计算机，利用统计 方法得出诊断结果。但是这种方式有如下缺点对调查者(1)费时这种方式需要调查者对河流的每个部分都进行调查和勘查，调查数据
量大，整理复杂。(2)费钱当多个调查组同时进行工作时，每个调查组要配备一套河流健康诊断 软件和设备，软件和设备重复购置，费用高。(3)费人调查需要多部门、多人员参与，需要投入大量的人力资源，才能调查到 较为全面的数据。对水利部门
(1)信息滞后由于河流特征在不停的变化中，但是一般不能连续进行河流调查， 因此河流的健康情况不能实时监控。(2)准确性差由于调查数据的滞后性，水利部门不能准确诊断河流健康状况，对 于河流的非健康情况不能快速发现和及时监管。(3)资源浪费由于不同的开发工程分别对河流健康状况进行调查造成调查重复 资源浪费。对调查数据使用者(1)数据再利用率差调查数据只能在一定的时间内使用，当一段时间后由于环 境改变需要重复调查，甚至在一次调查未完成前环境就发生了改变，不利于数据使用。(2)数据共享性差调查数据只能供特定的数据使用者使用，而不能供其他部门 或人员共享。此外随着移动通讯事业的迅猛发展，各种基于移动电话的新业务也层出不穷，手 机的功能也在不断提高，尤其是智能手机的发展。具有GPS功能、GPRS功能和拍照功能的 手机已经逐渐走入日常生活。而短信、彩信以及手机上网以它的便宜、方便在国内得到了用 户的广泛认可，由于各移动运营商对这些业务积极的开拓，各种信息中心的建立，各种合作 模式的推出，用具有GPS功能、GPRS功能和拍照功能的手机，通过短信、彩信和GPRS方式实 现河流健康诊断的初期调查和后期获取诊断结果成为可能。要实现通过短信、彩信和GPRS方式对河流健康诊断基础数据采集和进行诊断结 果的获取，需要得到调查者、数据使用者和水利部门的认可，主要解决的技术问题是河流健 康诊断初期的数据采集的及时性和获取诊断结果的方便性以及实现水利部门的实时监控 作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题就是提供一种河流健康智能诊断的方法和设备。(1)验证用户权限和优先等级预先将用户手机号码和用户在水利部门的信息平 台上进行捆绑；当平台收到预先绑定的号码发来的请求信息，平台启动请求命令，若该手机 号码在专家数据库中存在并符合优先级别，则将请求发送给数据存储模块，同时启动健康 诊断模块；(2)选择河道并设置相关参数；具体而言这些参数包括河道类型和河道主要功 能；用户可选择的河道类型有平原河流、丘陵河流、山区河流；用户可选择的河道主要功 能有防洪、灌溉、供水、航运、景观、水电开发以及一般性河流。(3)进入病症诊断平台，根据用户输入参数，分别读取病症诊断指标选择库、病症 诊断指标实测值库，调用模型库中的病症诊断模型，根据用户需要分别计算各河段健康指 数和全河长健康指数，其中各河段健康指数和全河长健康指数的诊断方法为病症诊断模块抽取数据 存储模块的河流特征信息，调用权重系数计算模型，根据用户需要，选择计算各指标的综合 权重，再根据系统有序性原理，调用系统有序度熵计算模块，将权重系数与有序度熵复合运 算，从而各河段健康指数和全河长健康指数，根据健康等级划分标准，确定河流的健康等 级，并将计算结果发送给数据存储模块；
若未完成病症诊断重新调用病症诊断数据库，重复以上工作；(4)完成病症诊断后继续调用病因诊断数据库，调用病因诊断指标库，调用病因诊 断模型库，计算并确定主要病因；具体而言其方法为根据(3)步骤结果，利用偏最小二乘法，选取河流某一病症因 子作为因变量1，以其P个影响因子Xl，X2,…，Xp组成自变量集合X，搜集各变量的现时和 历史资料作为分析样本，以偏最小二乘回归方法为基础，建立因变量y与自变量集合X的回 归方程。根据计算所得的回归系数，分析回归方程的拟合精度，解释各影响因子对河流健康 状态的影响性质，并利用变量投影重要性指标计算病因影响程度，从而确定影响河流健康 的各因子的主次顺序，判断各病因的相对重要性进而确定导致河流健康问题的最关键的外 部原因，并将分析结果发送给数据存储模块；(5)完成病因诊断后继续调用专家知识库和方法库，推理分析，得出决策河流治理 和健康维护的主要康复措施和建议；结束分析过程；所述的得出决策河流治理和健康维护的主要康复措施和建议的方法为根据病因 诊断结果，应用专家知识，调用专家推理和决策支持方法，确定河流健康的主要康复措施和 建议，并将分析结果发送给数据存储模块。(6)发送诊断结果上述健康诊断结果都是通过数据存储模块存入相应数据库。 如果用户需要了解诊断结果，只需发送查询请求命令，信息查询处理模块将响应查询请求， 向用户发送诊断结果。所述河流健康诊断平台，用于接收终端经短信网关接入设备输送的短信形式的河 流信息，根据接收到的河流信息诊断河流健康状况，河流的病症诊断，依据之前的参数设定 情况调用病症诊断所需的统计资料数据库、指标库、模型库，在后台计算各河段的子目标指 数和总目标指数，根据各目标指数的计算值判断河流健康状况。在完成病症诊断后，进行病 因诊断。河流健康的病因诊断是依据参数设置情况和病症诊断结果，调用病因诊断相关数 据库、指标库及模型库，在后台计算并确定影响河流健康的各致病因子的回归方程，分析、 计算病因重要性指标，根据病因重要性指标的计算结果判断各病因的相对重要性程度，得 出导致河流病态的主要致病因素。在完成病因诊断后，进行康复措施分析。康复措施分析， 是根据病因诊断结果，利用专家知识，分析提出河流的主要康复措施，并经短信网关接入设 备发送病症、病因诊断、康复措施分析信息给终端。所述河流健康诊断平台还用于将终端发来的手机号码跟本地存储的手机号码进 行比对，并查询用户号码数据库信息，确定用户优先等级；所述用户号码数据库，用于提供给河流健康诊断平台查询用户信息，并接收河流 健康诊断平台按堆栈原理给定的用户优先等级信息；进一步地，为保证系统的安全性，所述终端还用于专家注册；所述专家号码数据 库还用于根据专家注册，完成专家的手机号码、帐户、密码的捆绑及对河流健康诊断平台告 知。进一步地，所述的终端与短信网关接入设备之间通过移动通信网络进行通信；所 述短信网关接入设备与河流健康诊断平台之间通过互联网络方式进行通信；所述河流健康 诊断平台与用户号码数据库之间通过互联网络方式进行通信。进一步地，所述河流健康诊断平台包括总体处理模块、数据存储模块、手机号码比对处理模块、河流健康诊断模块、信息查询处理模块、数据存储模块；其中，总体处理模块，用于调用河流健康诊断平台的其他模块，实现各模块的协同 工作；数据存储模块，用于存储现时统计资料(河道资料、水文资料、建筑物资料、生物 资料、环境资料、管理类资料)、历史统计资料(水文特征资料、气象特征资料、水质指标资 料、社会经济资料、水土流失资料、用水量变化情况资料)、图形媒体资料(图片、图纸、地 图、多媒体资料)；手机号码比对处理模块，把接收用户手机号码与数据存储模块中存储的用户手机 号码进行比较，并将比较结果反馈给总体处理模块；河流健康诊断模块，包括健康指数计算模块、病症/病因诊断数据库、病症/病因 诊断指标库、病症/病因诊断模型库、专家知识库，根据健康指数的计算值判断河流健康状 况，调用诊断模型和诊断方法，自动诊断河流健康状况，并分析引起河流健康问题的具体原 因，给出康复措施决策支持信息，诊断结果根据用户请求及时发送给终端设备；信息查询处理模块，用于查询河流健康信息，将查询结果存储到数据存储模块，并 反馈给总体处理模块；本发明的河流健康诊断的设备，包括终端设备、短信网关接入设备与水利部门河 流健康诊断信息服务设备依次连接，其中，所述的终端设备为移动通讯设备。上述的移动通讯设备为手机；上述的终端设备与水利部门河流健康诊断信息服务 设备之间通过公共电话网络或移动通信网络进行连接；上述的终端设备与水利部门河流健 康诊断信息服务设备之间通过公共电话网络方式进行连接；上述的终端设备与水利部门河 流健康诊断信息服务设备之间通过GPRS网络连接；上述的公共电话网络为公共交换电话 网；上述的终端设备与短信网关接入设备之间通过移动通信网络进行连接。其中，所述终端设备用于向河流健康诊断平台发送河流特征数据和接收河流健康 诊断平台的自动诊断结果信息，数据以短信形式或彩信形式发送和接收；所述短信网关接入设备，用于将终端发送的短信，转发给河流特征数据库；并将河 流健康诊断平台发送给终端的消息，用短信或彩信形式转发给终端；为了解决上述技术问题，本发明提供的一种河流健康诊断设备，还包括如下软件 部分数据库管理平台和河流健康诊断平台；本发明有如下有益效果(1)多个调查者同时对河流的健康状况进行“背靠背”的调查，所得结果更能反映 现实的河流健康状况。另外也能同时应付大量数据的并发处理，可以满足大数据量调查的需要。(2)整个调查组数据集中在一套河流健康诊断系统中，系统升级维护方便费用低。(3)及时性优势明显，在多变的河流位置可设置长期监测站，聘请当地水利部门工 作人员进行长期监测，可以获得河流变化的最新数据，所需费用仅为手机费用和短信费用。使 水利部门能实时监管河流健康问题，对于河流的非健康情况快速发现和诊断并进行处理。
图1为本发明实施例河流健康诊断设备结构示意图2为本发明实施例的河流健康诊断平台结构框图；图3为本发明实施例的河流健康诊断流程图。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。本发明用于河流健康诊断的方法，包括如下步骤(1)验证用户权限和优先等级预先将用户手机号码和用户在水利部门的信息平 台上进行捆绑；当平台收到预先绑定的号码发来的请求信息，平台启动请求命令，若该手机 号码在专家数据库中存在并符合优先级别，则将请求发送给数据存储模块，同时启动健康 诊断模块；(2)进入参数输入界面301，选择河道并设置相关参数302，303 ；河道类型设置为 平原河流；用户选择的河道主要功能为供水；(3)河流健康平台调用病症诊断数据库304，调用病症诊断指标库305，调用病症 诊断模型库306，计算各河段健康指数和全河长健康指数307，其中计算各河段健康指数和全河长健康指数307的方法为病症诊断模块抽取数 据存储模块的河流特征信息，根据系统有序性原理，调用系统有序度熵计算模块，计算河流 健康指数，根据健康等级划分标准，确定河流的健康等级308，并将计算结果发送给数据存 储模块；若未完成病症诊断重新调用病症诊断数据库，重复以上工作；(4)完成病症诊断后继续调用病因诊断数据库309，调用病因诊断指标库310，调 用病因诊断模型库311，计算并确定回归方程312具体而言其方法为根据(3)步骤结果，利用偏最小二乘法，计算各影响因素对河 流健康的作用程度，即外部因素的“贡献率”，计算病因重要性指标313，据病因重要性指标， 判断各病因的相对重要性314进而确定导致河流健康问题的最关键的外部原因，根据病因 自动推理决策，确定河流的主要康复措施，并将分析结果发送给数据存储模块；结束分析过 程 315 ；(5)发送诊断结果上述健康诊断结果都是通过数据存储模块存入相应数据库， 如果用户需要了解诊断结果，只需发送查询请求命令，信息查询处理模块将响应查询请求， 向用户发送诊断结果。所述河流健康诊断平台，用于接收终端经短信网关接入设备输送的短信形式的数 据和查询指令，如河流物理特征、河流化学特征、河岸植物特征等；并经短信网关接入设备 发送河流健康相关消息给终端，如河流物理特征变迁、河流化学特征变迁、河岸植物特征变 迁等信息；所述河流健康诊断平台还用于将终端发来的手机号码跟本地存储的专家手机号 码库进行比对；所述河流特征数据库，用于提供给河流健康诊断平台查询河流特征信息，并接收 河流健康诊断平台的河流特征最新信息；如图2所示，所述河流健康诊断平台包括总体处理模块，用于调用河流健康诊断平台的其他功能模块；数据存储模块，以地理信息系统的方式存储有关河流健康的各种类型信息；
手机号码比对处理模块，把接收用户手机号码与专家数据存储模块中存储的用户 手机号码进行比较，并将比较结果反馈给总体处理模块；河流健康诊断模块，根据数据存储信息，病症/病因诊断数据库，病症/病因诊断 指标库，病症/病因诊断模型库和目标指数计算模块，自动诊断河流健康状况，并分析引起 河流健康问题的具体原因，给出决策支持信息；信息查询处理模块，用于查询河流特征数据库信息，将查询结果存储到数据存储 模块，并反馈给总体处理模块；以上所述的终端与短信网关接入设备之间通过移动通信网络进行通信；所述短信 网关接入设备与河流健康诊断平台之间通过互联网络方式进行通信；所述河流健康诊断平 台与河流特征数据库之间通过互联网络方式进行通信。所述移动通信网络为全球移动通信网络(GSM)，或为通用分组无线业务网络 (GPRS)，或为码分多址网络(CDMA)，或为宽带码分多址网络(WCDMA)，或为下一代网络 (NGN)。所述短信网关接入设备与河流健康诊断平台之间通过互联网络方式进行通信主 要以静态IP方式通信。所述河流健康诊断平台与专家数据库之间通过互联网络方式进行通信主要以静 态IP或虚拟专用网络(VPN)方式通信。如图1所示，本发明实施例的设备包括终端、短信网关接入设备、水利部门河流 健康诊断信息服务设备；其中，所述终端一般为移动通讯设备，如手机等能收发短信、彩信的设备；用户通 过所述终端向河流健康诊断平台发送短信、彩信形式的有关河流健康的数据消息，如河流 物理特征、河流化学特征、河岸植物特征信息等；用户通过所述终端接收河流健康诊断平台 发送的短信形式或彩信形式的河流健康诊断结果，如河流物理特征变迁、河流化学特征变 迁、河岸植物特征变迁等信息。
权利要求
一种河流健康智能诊断的方法，其特征在于包括如下步骤(1)验证用户权限和优先等级预先将用户手机号码和用户在系统平台上进行捆绑；当平台收到预先绑定的号码发来的请求信息，平台启动请求命令，若该手机号码在专家数据库中存在并符合优先级别，则将请求发送给数据存储模块，同时启动健康诊断模块；(2)选择河道并设置相关参数；(3)进入病症诊断平台，根据用户输入参数，分别读取病症诊断指标选择库、病症诊断指标实测值库，调用模型库中的病症诊断模型，根据用户需要分别计算各河段健康指数和全河长健康指数；(4)完成病症诊断后继续调用病因诊断数据库，调用病因诊断指标库，调用病因诊断模型库，计算并确定主要病因；(5)完成病因诊断后继续调用专家知识库和方法库，推理分析，得出决策河流治理和健康维护的主要康复措施和建议；(6)发送诊断结果上述健康诊断结果都是通过数据存储模块存入相应数据库，如果用户需要了解诊断结果，只需发送查询请求命令，信息查询处理模块将响应查询请求，向用户发送诊断结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的(1)中的系统平台为水利部门的 河流健康诊断平台。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的流健康诊断平台包括总体处理模 块、数据存储模块、手机号码比对处理模块、河流健康诊断模块、信息查询处理模块、数据存 储模块。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的健康诊断模块包括目标指数计算 模块、病症/病因诊断数据库、病症/病因诊断指标库、病症/病因诊断模型库，根据各目标 指数的计算值判断河流健康状况，调用诊断模型和诊断方法，自动诊断河流健康状况，并分 析引起河流健康问题的具体原因，给出决策支持信息，诊断结果。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述(3)的病症诊断模块抽取数据存储 模块的河流特征信息，调用权重系数计算模型，根据用户需要，选择计算各指标的综合权 重，再根据系统有序性原理，调用系统有序度熵计算模块，将权重系数与有序度熵复合运 算，从而计算河段健康指数和全河长健康指数，根据健康等级划分标准，确定河流的健康等 级，并将计算结果发送给数据存储模块。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的(4)计算并确定主要病因具体方 法为根据(3)步骤结果，利用偏最小二乘法，选取河流某一病症因子作为因变量y，以其ρ 个影响因子Xl，χ2,…，Xp组成自变量集合X，搜集各变量的现时和历史资料作为分析样本， 以偏最小二乘回归方法为基础，建立因变量y与自变量集合X的回归方程。根据计算所得 的回归系数，分析回归方程的拟合精度，解释各影响因子对河流健康状态的影响性质，并利 用变量投影重要性指标计算病因影响程度，从而确定影响河流健康的各因子的主次顺序， 判断各病因的相对重要性进而确定导致河流健康问题的最关键的外部原因，并将分析结果 发送给数据存储模块。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的(5)得出决策河流治理和健康维 护的主要康复措施和建议的方法为根据病因诊断结果，应用专家知识，调用专家推理和决策支持方法，确定河流健康的主要康复措施和建议，并将分析结果发送给数据存储模块。
8. 一种用如权利要求1-7中任意一项所述方法来实现河流健康智能诊断的设备，包 括终端设备、短信网关接入设备与水利部门河流健康诊断信息服务设备依次连接，其特征 在于所述的终端为手机，所述的终端设备与水利部门河流健康诊断信息服务设备之间通 过公共电话网络或移动通信网络或GPRS网络进行连接。
全文摘要
本发明涉及一种河流管理的方法和设备，尤其涉及一种实现河流健康诊断的方法及其实现此方法的设备。属于水利部门业务中河流管理领域。本发明方法包括验证用户权限和优先等级，选择河道并设置相关参数，计算河段和全河长健康指数，进行病因诊断，得出康复措施和建议，发送诊断结果。实现此方法的设备包括终端设备、网关接入设备与河流系统信息服务设备。本发明实现了河流健康数据收集和诊断的及时性问题，使用户最终达到省时、省力、省钱的目的，并使水利部门提高服务形象。
文档编号G06F19/00GK101950324SQ201010269678
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月2日 优先权日2010年9月2日
发明者夏继红, 林俊强, 王丹, 胡玲, 韩玉玲 申请人:河海大学